(57)【要約】  本開示は、概略的に、センサ技術の分野に関する。より具体的には、本開示は、センサ配列体及びそのようなセンサ配列体を備えるカテーテルに関する。センサ配列体の１つの実施形態は、第１平面に平行に配列されかつ流体の流れの量を計測するように適合された少なくとも２つの変位した第１センサと、流体の流れの計測された量から２つの次元で流体の流れの少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように適合された制御ユニットと、を備える。
2019510965.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１平面において平行に配列されかつ流体の流れ（１０）の量を計測するように適合された少なくとも２つの変位した第１センサ（５）と、
前記流体の流れ（１０）の計測された量から、２つの次元で前記流体の流れ（１０）の少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように適合された制御ユニットと、
を備える、センサ配列体（１）。
【請求項２】
前記第１センサ（５）が熱センサ又は流量センサ例えばホットワイヤ、ホットプレート、定温又は定電流流速計である、請求項１に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項３】
前記制御ユニットが、前記流体の流れ（１０）の前記計測された量から、２つの次元で前記流体の流れ（１０）の方向を示す情報を測定するように適合され、前記情報が、前記方向が前記第１平面の二次元座標系（２）の第１（２５）及び第４（２８）四分円又は第２（２６）及び第３（２７）四分円によって形成されたエリアに在ることを示す、請求項１又は２に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項４】
前記第１平面において平行に配列されかつ前記流体の流れ（１０）の量を計測するように適合された少なくとも２つの変位した第２センサ（６）を更に備え、前記制御ユニットが、前記少なくとも２つの変位した第２センサ（６）によって計測された前記流体の流れの量を更に考慮することによって、２つの次元で前記流体の流れ（１０）の少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように適合される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項５】
前記制御ユニットが、更に、前記少なくとも２つの変位した第２センサによって計測された前記流体の流れ（１０）の量を更に考慮することによって、２つの次元で前記流体の流れ（１０）の方向を示す情報を測定するように適合される、請求項４に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項６】
前記第１平面に対して直角を成す第２平面において平行に配列されかつ前記流体の流れ（１０）の量を計測するように適合された少なくとも２つの変位した第３センサ（７）を更に備え、前記制御ユニットが、更に、前記少なくとも２つの第３センサ（７）によって計測された量を更に考慮することによって、３つの次元で前記流体の流れ（１０）の少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように適合される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項７】
前記少なくとも２つの変位した第１（５）、第２（６）及び第３（７）センサが平行に配列される、請求項６に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項８】
前記量が前記流体の流れの速度を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項９】
前記流体の流れの前記速度が、熱伝達対流支配方程式のルックアップ表、分析的解法又は数値的解法によって測定される、請求項８に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項１０】
前記センサ配列体（１）が、流体の流れ例えば血流を計測するためにカテーテルに配列される、請求項１〜９のいずれか１項に記載のセンサ配列体（１）を備えるカテーテル。
【請求項１１】
前記センサ配列体（１）が、前記カテーテルの長手方向に配列される、請求項１０に記載のカテーテル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概略的に、センサ技術の分野に関する。より具体的には、本開示は、センサ配列体及びセンサ配列体を備えるカテーテルに関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの方向に沿った流体の流れの速度を計測できるセンサが、特定の心臓血管治療において必要とされる。現状の技術水準において、これは、流体の流れの方向（入射角θによってしばしば説明される）を得るために２つの直角を成すセンサを使用することによって得られる。
【０００３】
３つの次元で流体の流れの速度を計測するためには、直交する３つの変位したセンサが必要とされる。２つの次元で流体の流れの速度を計測するためには、直交する変位した２つのセンサを有するセンサ配列体を必要とする。
【０００４】
流体の流れの速度を正確に計測するためには、２つのセンサが同じ速度を受けなければならず、かつ流体の流れが、同量の熱量をセンサと交換しなければならない。
【０００５】
ホットフィルム又はホットワイヤがカテーテルに使用される場合、カテーテルをセンサの丸みのある面に連結しなければならず、流れに曝される２つのセンサの面が異なる可能性がある。例えば、水平センサがカテーテルの周りに配置され、垂直センサが一方の側に在る可能性がある。このような構成の場合、センサが血管壁に触れるときセンサを同じ流れに曝すことができず、センサの一部分のみが流体の流れによって覆われる。
【０００６】
可能な解決法は、センサの面を最小限に抑えることであるが、これは、センサの感度も小さくしてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、センサ配列体のスペース節約解決法が、理想的にはセンサの感度を制限せずに、必要とされる。
【０００８】
したがって、改良されたセンサ配列体及びこのようなセンサ配列体を備えるカテーテルが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１形態によれば、センサ配列体が提供される。センサ配列体は、少なくとも２つの変位した第１センサと制御ユニットとを備える。少なくとも２つの変位した第１センサは、第１平面において平行に配列され、流体の流れの量を計測するように適合される。制御ユニットは、計測された流体の流れの量から、２つの次元で流体の流れの少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように適合される。
【００１０】
言い換えると、少なくとも２つのセンサは、互いに対して平行に配列される。更に、少なくとも２つのセンサは、互いに対して変位される。「流体の流れ」は、ある流体の／特定の流体の流れとして理解できる。
【００１１】
用語「流体の流れの少なくとも方向の範囲」は、単一の方向に関することができる。単一の方向は、流体の流れの正確な又は実際の方向に相当する可能性がある。この事例において、流体の流れの正確な又は実際の方向が明確に測定される。したがって、この事例において、制御ユニットは、流体の流れの計測された量から、２つの次元で流体の流れの正確な又は実際の方向を示す情報を測定するように構成できる。
【００１２】
用語「流体の流れの少なくとも方向の範囲」は、方向の範囲内に在る２つ又はそれ以上の方向の候補（方向候補）に関することができる。２つ又はそれ以上の方向候補は、流体の流れの正確な又は実際の方向を含むことができる。この事例において、流体の流れの正確な又は実際の方向の近似又は推量を測定できる。この近似又は推量は、以下でさらに詳細に説明する適切な度量又は構成によってより明確化できる。したがって、この事例において、制御ユニットは、流体の流れの計測された量から、流体の流れの方向の範囲を示す情報を測定するように構成でき、方向の範囲は、２つの次元の流体の流れの正確な又は実際の方向を含む。
【００１３】
このようにして、スペース節約の解決法が得られる。第１形態に従った二次元センサ配列体は、互いに直交して配列される変位センサではなく、平行に配列される変位したセンサを含む。センサの出力は、二次元流れ情報を導出できるように処理される。二次元（流れ）情報は、２つの値のみを含む例えば１つの方向に関しそれぞれ１つの値を含む情報として理解できる。
【００１４】
この構成は、現状技術の現在の制限を解決する。なぜなら、例えば、２つのセンサがカテーテルの長手方向に対して平行に配列された場合、二次元の流体の流れの速度計測を改良する可能性がある。速度計測は、２つの直角を成すセンサが同じ流れのパターンに曝されないことによって制限される。平行配列体は、センサが少なくともほぼ同じ流れパターンに曝されることを保証する。
【００１５】
少なくとも２つの変位した第１センサは、互いに対して平行に離間できる。少なくとも２つの変位した第１センサは、相互から離れて特に少なくとも２つの変位した第１センサの共通方向又は共通向きを横切る又はこれに直交して離間できる。少なくとも２つの変位した第１センサの共通方向又は共通向きは、少なくとも２つの変位した第１センサの各々の長さ／長手方向によって規定できる。少なくとも２つの変位した第１センサは、互いに隣り合わせに、特に少なくとも２つの変位した第１センサの各々の長さ／長手方向を横切って又はこれに直交して横並びに又は並列に、配列できる。少なくとも２つの変位した第１センサの共通方向又は共通向きは、少なくとも２つの変位した第１センサの平行配列によって規定できる。
【００１６】
制御ユニットは、計測された流体の流れの量から、２つの次元で流体の流れの方向を示す情報を測定するように構成できる。測定された方向は、方向の範囲内に在る。方向の範囲は、第１平面の二次元座標系の第１及び第４四分円又は第２及び第３四分円を含むことができる。この事例において、測定された方向は、第１平面の二次元座標系の第１及び第４四分円によって又は第２及び第３四分円によって形成されたエリアに在る。例えば、方向の範囲は、二次元座標系の第１及び第４四分円に、又は、二次元座標系の第２及び第３四分円に、相当し得る。
【００１７】
例えば、制御ユニットは、計測された流体の流れの量から、２つの次元で流体の流れの方向を示す情報を測定するように構成でき、情報は、方向が第１平面の二次元座標系の第１及び第４四分円又は第２又は第３四分円によって形成されたエリアの中に在ることを示すことができる。
【００１８】
四分円は、ｘ軸とｙ軸とを備える二次元座標系によって規定でき、センサは、ｙ軸に対して平行に配列される。座標系は、センサ配列体の一部ではなく、本明細書において座標系における流体の流れの方向を説明するために使用される仮想基準と考えることができる。二次元座標系の四分円は、下記のように説明できる。
【００１９】
幾何学において、二次元デカルト座標系の軸は、平面を４つの無限領域いわゆる四分円に分割し、その各々は、２本の半軸線を境界とする。これらの四分円は、しばしば１から４まで番号が付けられて、ローマ数字で示される。即ち、Ｉ（２つの座標の符号は（＋、＋））、ＩＩ（−、＋）、ＩＩＩ（−、−）及びＩＶ（＋、−）である。軸が数学的慣例に従って描かれる場合、番号付けは、上右（北東）四分円から始まって反時計回りに進む。
【００２０】
言い換えると、第１四分円はｘ及びｙの正の値によって確立され、第２四分円はｙの正の値及びｘの負の値によって描かれ、第３四分円はｘ及びｙの負の値によって描かれ、第４四分円はｙの負の値及びｘの正の値によって描かれる。第１及び第４四分円の組合せは、座標系の右半分を形成し、第２及び第３四分円は座標系の左半分を形成できる。
【００２１】
したがって、流体の流れの少なくとも方向の範囲を示す情報は、座標系のｙ軸に対するセンサ配列体の右半分と左半分との間の差を示すことができる。二次元座標系の第１四分円は、正のｘ軸（α＝０°）から始まって反時計周りに回転する座標系の角度（respective angle）０≦α≦９０°又は入射角１８０°≧θ≧９０°（入射角は、通常ｘ軸の負側から始まり時計回りに回転する）として説明できる。二次元座標系の第２四分円は、ｙ軸（α＝９０°）から始まり反時計回りに回転する座標系の角度９０°≦α≦１８０°又は入射角９０°≧θ≧０°として説明できる。二次元座標軸の第３四分円は、負のｘ軸（α＝１８０°）から始まり反時計回りに回転する座標系の角度１８０°≦α≦２７０°又は入射角３６０°≧θ≧２７０°として説明できる。二次元座標系の第４四分円は、負のｙ軸（α＝２７０°）から始まり反時計回りに回転する座標系の角度２７０°≦α≦３６０°又は入射角２７０°≧θ≧１８０°として説明できる。
【００２２】
流体の流れの少なくとも方向の範囲を示す情報は、特定の領域例えば上述の四分円の１つ又は複数における流体の流れの方向の傾向を示すことができる。
【００２３】
第１形態に従ったセンサ配列体の第１センサは、熱センサ又は流量センサ例えばホットワイヤ、ホットプレート、定温又は定電流流速計とすることができる。熱センサを温度センサと呼び、流量センサを流速センサと呼ぶことができる。
【００２４】
第１形態に従ったセンサ配列体は、更に、少なくとも２つの変位した第２センサ即ち互いに変位した少なくとも２つの第２センサを備えることができる。少なくとも２つの変位した第２センサは、第１平面において平行に配列され、流体の流れの量を計測するように構成できる。少なくとも２つの変位した第２センサは、互いに平行に離間できる。少なくとも２つの変位した第２センサは、互いに離間して特に少なくとも２つの変位した第１センサの共通方向又は共通向きを横切って又はこれに直交して互いに離間できる。少なくとも２つの変位した第２センサの共通方向又は共通向きは、少なくとも２つの変位した第１センサの各々の長さ／長手方向によって規定できる。少なくとも２つの変位した第１センサの各々は、少なくとも２つの変位した第２センサの１つの隣に、特に少なくとも２つの変位した第１センサの各々の長さ／長手方向を横切って又はこれに直交して横並びに又は並列に、配列できる。少なくとも２つの変位した第２センサの共通方向又は共通向きは、少なくとも２つの変位した第１センサの平行配列によって規定できる。制御ユニットは、少なくとも２つの変位した第２センサによって計測された流体の流れの量を更に考慮することによって、２つの次元で流体の流れの少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように構成できる。言い換えると、制御ユニットは、更に、計測された流体の流れの量（第１及び第２センサによって計測される）から、２つの次元で流体の流れの少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように適合されることができる。
【００２５】
例えば、制御ユニットは、少なくとも２つの変位した第２センサによって計測された流体の流れの量を更に考慮することによって、２つの次元で流体の流れの方向を示す情報を測定するように適合されることができ、方向は、第１平面の二次元座標系の第１、第２、第３又は第４四分円の中に在る。言い換えると、制御ユニットは、更に、計測された流体の流れの量（第１及び第２センサによって計測される）から、２つの次元で流体の流れの方向を示す情報を測定でき、方向は、第１平面の二次元座標系の第１、第２、第３又は第４四分円の中に在る。このように、流体の流れの少なくとも方向の範囲を示す情報は、特定の領域例えば上述の１つまたは複数の四分円における流体の流れの方向のより正確な傾向を示すことができる。
【００２６】
少なくとも２つの変位した第２センサは、少なくとも２つの変位した第１センサと異なるサイズ及び／又は長さを有することができる。例えば、少なくとも２つの変位した第２センサは、少なくとも２つの変位した第１センサのサイズ及び／又は長さより短く又は長くすることができる。用語「サイズ」は、それぞれのセンサの長手方向のサイズを指すことができる。
【００２７】
第１形態に従ったセンサ配列体は、更に、少なくとも２つの変位した第３センサ即ち互いに変位する少なくとも２つの第３センサを備えることができる。少なくとも２つの変位した第３センサは、第１平面に対して直角を成す第２平面において平行に配列され、流体の流れの量を計測するように適合される。少なくとも２つの変位した第３センサは、互いに平行に離間することができる。少なくとも２つの変位した第３センサは、互いに離間して特に少なくとも２つの変位した第３センサの共通方向又は共通向きを横切って又はこれに直交して離間できる。少なくとも２つの変位した第３センサの共通方向又は共通向きは、少なくとも２つの変位した第３センサの各々の長さ／長手方向によって規定できる。少なくとも２つの変位した第３センサは、互いに隣り合わせに特に少なくとも２つの変位した第３センサの各々の長さ／長手方向を横切って又はこれに対して直交して横並びに又は並列に、配列できる。少なくとも２つの変位した第３センサの共通方向又は共通向きは、少なくとも２つの変位した第３センサの平行配列によって規定できる。制御ユニットは、更に、少なくとも２つの第３センサによって計測された流量を更に考慮することによって、３つの次元で流体の流れの少なくとも方向の範囲を示す情報を測定できる。
【００２８】
センサ配列体は、更に、第２平面において第３センサに対して平行に配列された少なくとも２つの変位した第４センサを備えることができる。少なくとも２つの第４センサは、少なくとも２つの第３センサとは異なるサイズ及び／又は長さを有することができる。少なくとも２つの変位した第４センサは、互いに対して平行して離間できる。少なくとも２つの変位した第４センサは、互いに対して離間して、特に少なくとも２つの変位した第３センサの共通方向又は共通向きを横切って又はこれに対して直交して離間できる。少なくとも２つの変位した第４センサの共通方向又は共通向きは、少なくとも２つの変位した第３センサの長さ／長手方向によって規定できる。少なくとも２つの変位した第３センサの各々は、少なくとも２つの変位した第４センサの１つの隣に、特に少なくとも２つの変位した第３センサの各々の長さ／長手方向を横切って又はこれに直交して横並びに又は並列に、配列できる。少なくとも２つの変位した第４センサの共通方向又は共通向きは、少なくとも２つの変位した第３センサの平行配列によって規定できる。この点に関して、第４センサは、第２センサに対応すると見なすことができ、第３センサは第１センサに対応すると見なすことができる。
【００２９】
センサ配列体の少なくとも２つの変位した第１、第２、第３及び／又は第４センサは、互いに対して平行に配列できる。
【００３０】
計測された流体の流れの量は、流体の流れの速度、流体の流れの加速又はこれと同種のものである又はこれを含むことができる。
【００３１】
流体の流れの速度は、熱伝達対流支配方程式のルックアップ表、分析解法及び／又は数値解法によって測定できる。
【００３２】
第２形態によれば、カテーテルが提供される。カテーテルは、第１形態に従ったセンサ配列体を備え、センサ配列体は、流体の流れ例えば血流を計測するためにカテーテルに配置される。
【００３３】
センサ配列体は、カテーテルの長手方向に配列できる。この配列体において、少なくとも２つの第１センサは、カテーテルの長手方向に対して平行に在る。
【００３４】
このようにして、カテーテルにおいて長手方向のセンサ配列体が必要とするスペースを減少できる。現行技術の直交センサ配列体は、カテーテルの長手方向においてより大きいスペースを必要とする。なぜなら、一方のセンサを、カテーテルの長手方向において、他方の直交するセンサの隣に配置しなければならないからである。これに対して、第１形態に従ったセンサ配列体は、カテーテルの長手方向において必要とするスペースが小さい。即ち、スペースは、１つのセンサの長さと少なくとも同様の又はこれに対応するスペースしか必要としない。
【００３５】
カテーテルは、チューブを含む又はチューブとして形成できる。この場合、長手方向は、チューブの長手方向であることができる。
【００３６】
以下では、本開示について、更に、添付図面に示す例示的実施形態を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】２つの先行技術のセンサ配列体の概略図である。
【図２Ａ】平行センサ構成を有するセンサ配列体の概略図である。
【図２Ｂ】平行センサ構成を有するセンサ配列体及び流体の流れを示す概略図である。
【図２Ｃ】第１、第２、第３及び第４四分円及び流体の流れを示す、二次元座標系の概略図である。
【図３Ａ】流体の流れの入射角がθ＝０°（α＝１８０°）であるときの平行センサ構成を有するセンサ配列体及び例示的温度分布の概略図である。
【図３Ｂ】流体の流れの入射角がθ＝０°（α＝１８０°）であるときの計測値の概略図である。
【図３Ｃ】流体の流れの入射角がθ＝９０°（α＝９０°）であるときの平行センサ構成を有するセンサ配列体及び例示的温度分布の概略図である。
【図３Ｄ】流体の流れの入射角がθ＝９０°（α＝９０°）であるときの計測値の概略図である。
【図３Ｅ】流体の流れの入射角がθ＝３０°（α＝１５０°）であるときの平行センサ構成を有するセンサ配列体及び例示的温度分布の概略図である。
【図３Ｆ】流体の流れの入射角がθ＝３０°（α＝１５０°）であるときの計測値の概略図である。
【図３Ｇ】流体の流れの入射角がθ＝６０°（α＝１２０°）であるときの平行センサ構成を有するセンサ配列体及び例示的温度分布の概略図である。
【図３Ｈ】流体の流れの入射角がθ＝６０°（α＝１２０°）であるときの計測値の概略図である。
【図４】平行センサ構成及び２つの付加的平行センサを有するセンサ配列体の概略図である。
【図５Ａ】３つの次元で流体の流れを計測するためのセンサ配列体の概略図である。
【図５Ｂ】付加的なセンサを有する３つの次元で流体の流れを計測するためのセンサ配列体の概略図である。
【図６】熱伝達対流支配方程式を解くためのルックアップ表の例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
以下の説明において、説明のために（限定的ではなく）、本開示を充分に理解できるようにするために、具体的センサ及び形状の細部など具体的な詳細を示す。本開示は、これらの具体的な細部から逸脱する他の実施形態で実施できることが、当業者には明らかであろう。例えば、本開示は流体の流れの方向を例証するために具体的な角度に言及して説明するが、本開示は、あらゆる角度（０°〜３６０°）で実現できる。本明細書において説明する計算は全て、適切な制御ユニット（上述）によって、例えば、個別のハードウェア回路を用いて、プログラムされたマイクロプロセッサ又は汎用コンピュータと一緒にソフトウェア機能を用いて、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）を用いて、及び／又は、１つまたは複数のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を用いて、実行できる。制御ユニットは、計測値などのデータを交換するために、無線及び／又は有線で、１つ又は複数のセンサに、及び、本明細書において説明する１つ又は複数のセンサ配列体に適切に接続できる。制御ユニットは、本明細書において説明するセンサ配列体が配列されるカテーテルに配置されてもよく、又は、カテーテルとは別個に配置されてもよい。
【００３９】
図１は、ホットワイヤ及びホットフィルムに基づく、２つの先行技術のセンサ配列体３の概略図である。三次元の流体の流れの速度を計測するために必要とされる直交して変位した３つのセンサが示される。２つの次元で流体の流れの速度を計測するためには、直交して変位した２つのセンサを有するセンサ配列体が必要とされる。
【００４０】
図２Ａは、２つの平行センサ５を備える平行センサ構成を有するセンサ配列体１の概略図である。２つのセンサ５は、共通平面において平行に配列される。図２Ａの実施例において、センサ配列体１のセンサ５は、長方形を有するが、平行ワイヤとして実施するか又は異なる形状例えば円形または楕円形を有することもできる。この構成は、流体の流れの方向を計測するように組み立てられ、方向は、以下でさらに詳しく説明するように、センサ平面の左又は右を起点とすることができる。
【００４１】
図２Ｂは、図２Ａのセンサ配列体１及び流体の流れ１０を示す概略図である。付加的に示す流体の流れ１０は、ｘ軸２０の負の側に対して入射角θを有する方向を示す。この状況において、入射する流体の流れ１０は、例証のために左から発するように示され、したがって、センサ平面の左側に在る。センサ平面は、この実施例において、ｙ方向１５及びｘ方向２０の２つの軸線によって形成される。言い換えると、入射する流体の流れ１０は、例証のためにｙ軸１５に対して左側から発して、座標系の起点で終了するものとして示される。
【００４２】
図２Ｃは、図２Ｂに示す二次元座標系２をより詳細に示す概略図である。即ち、図２Ｃの二次元座標系２は、第１四分円２５、第２四分円２６、第３四分円２７及び第４四分円２８を有する。更に、流体の流れ１０が座標系に示される。センサ配列体１は、座標系内の流体の流れ１０の少なくとも方向の範囲を測定するように適合される。例えば、センサ配列体１は、流体の流れ１０の方向が二次元座標系２の１つ又は複数の四分円内に在ることを測定できる。２つの平行センサ５の場合、情報は二次元であり、ｙ軸１５に対して左側又は右側から発する方向を示す。言い換えると、センサ配列体１は、方向がそれぞれ第２四分円２６及び第３四分円２７（左側）又は第１四分円２５及び第４四分円２８（右側）にあることを測定するように適合される。図２Ｃの実施例において、センサ配列体は、例えば、流体の流れ１０の方向が第２四分円２６及び第３四分円２７によって形成されるエリア内に在ることを測定できる。
【００４３】
図３Ａは、図２Ａのセンサ配列体１の更に細部の概略図である。図３Ａは、流体の流れの入射角がθ＝０°（α＝１８０°）の時の流体の例示的温度分布３０、３５を示す。θ＝０°（α＝１８０°）の入射角を有する流れ（及び流れの速度）の場合、左センサが通常作動して、右センサの影響を受けない。但し、右センサは、等温エリア３０によって示されるように僅かに温まった流体を計測し、その計測値は、左センサによって計測された値より低い大きさとなる。
【００４４】
図３Ｂは、図３Ａに示すように流体の流れの入射角がθ＝０°（α＝１８０°）の時、図３Ａの実施例においてセンサ５が計測した計測値３１、３６の概略図である。図３Ａに関連して以上で説明したように、左センサが計測した第１計測値３１は、右センサが計測した第２計測値３６より高い。第１計測値３１は第２計測値３６より高いので、センサ配列体１は、流体の流れの方向が第２又は第３四分円の中に在ると推定できる。しかし、方向が正確に第２及び第３四分円のどこに在るのかについては依然曖昧さがある。センサ配列体１は、この曖昧さを低くする又はゼロにするように適切に較正できる。例えば、センサ配列体１は、流体の流れの入射角がθ＝０°（α＝１８０°）の時計測値３１、３６の間の差異が最大差値になるように較正できる。このようにして、計測値３１、３６を測定してこれらの計測値３１、３６の間の差値を導出するとき、センサ配列体のセンサ１は、測定された差値が較正された最大差値に対応することを検出できる。このようにして、センサ配列体１は、流体の流れの方向が左又は右方向を指すか知ることなく、方向がｘ軸２０に沿っていることを測定できる。左又は右センサが低い方の計測値を返したかを更に考慮することによって、センサ配列体１は、更に、方向が左又は右方向を指すかを測定できる。左センサが高い方の計測値３１を返した場合、センサ配列体１は、方向が右θ＝０°（α＝１８０°）を指す、即ち流体の流れは左から右であると測定する。左センサが低い方の計測値３６を返した場合、センサ配列体１は、方向が左θ＝１８０°（α＝０°）を指す、即ち流体の流れは右から左であると測定する。
【００４５】
図３Ｃは、図２Ａのセンサ配列体の概略図である。図３Ｃは、更に、流体の流れの入射角がθ＝９０°（α＝９０°）のときの例示的温度分布３０、３５を示す。左センサ及び右センサは、互いに影響を与えないか又は互いに同様に影響を与える。これは、センサ５の間の距離及び流速の大きさによって決まる。
【００４６】
図３Ｄは、流体の流れの入射角がθ＝９０°（α＝９０°）の時、図３Ｃの実施例においてセンサ５によって計測された計測値３１、３６の概略図である。この事例において、両方のセンサ５は、同じ計測値３１、３６を返す。したがって、センサ配列体１は、センサ５が互いに影響を受けない又は同様に影響を受けるので、流体の流れの方向がｙ軸１５に沿って例えば図において上へ又は下へ流れることを推定できる。この状況は、通常、カテーテルの長手方向に配列されたセンサ配列体を備えるカテーテルにおいて主要方向を示しているので、方向は、通常の血流を示す。
【００４７】
図３Ｅは、図２Ａのセンサ配列体１の概略図である。図３Ｅは、更に、流体の流れの入射角がθ＝３０°（α＝１５０°）のときの例示的温度分布３０、３５を示す。左センサは，θ＝０°（α＝１８０°）の事例と同様に右センサの計測に影響する。但し、２つのセンサ５の計測値３１、３６の間の差は、左センサが右センサのエリアの一部のみに影響するので、より低い。
【００４８】
図３Ｆは、流体の流れの入射角がθ＝３０°（α＝１５０°）であるときの計測値の差３１、３６の概略図である。図３Ａ及び３Ｂに関して上に説明したように、センサ配列体１は、計測値３１、３６を比較することによって、方向が図３Ｅの実施例において第２又は第３四分円に在ると、測定する。第２と第３四分円の間の区別に関しては曖昧さが残っている。また、この事例において、図３Ａ及び３Ｂに関して上で説明した影響が存在することになる。即ち、右センサは、右センサに対する左センサの影響により流体の流れに対する感度がより小さい。言い換えると、左センサは、高い方の計測値３１を返す。しかし、右センサが左センサから受ける影響が図３Ａにおけるより小さいので、計測値３１、３６の差は、図３Ｂにおけるより小さい。センサ配列体が、上述のように適切に較正される場合、センサ配列体は、方向が第２又は第３四分円にあるが、ｘ軸２０上にないことを測定できる。
【００４９】
図３Ｇは、図２Ａのセンサ配列体の概略図である。更に、図３Ｇは、流体の流れの入射角がθ＝６０°（α＝１２０°）であるときの例示的温度分布３０、３５を示す。この場合にも、左センサはθ＝０°（α＝１８０°）及びθ＝３０°（α＝１５０°）の事例と同様に右センサの計測に影響を及ぼす。但し、２つのセンサ５の間の計測値３１、３６の間の差は、左センサの影響が右センサのエリアのより小さい部分に対してのみ与えるので、他の２つの事例におけるより小さい。
【００５０】
図３Ｈは、流体の流れの入射角がθ＝６０°（α＝１２０°）であるときセンサ５によって計測された計測値３１、３６の概略図である。上述のように、左センサが高い方の測定値３６を返したので、センサ配列体１は、方向が第２又は第３四分円に在ると測定できる。依然、方向が正確には第２四分円又は第３四分円のどこに在るのかに関して曖昧さが残る。上述のように適切に較正されると、計測値３１、３６の間の差がより小さくなるので、センサ配列体１は、流体の方向がθ＝３０°（α＝１５０°）の場合よりｙ軸に近いことさえ測定できる。
【００５１】
図４は、図２Ａ〜３Ｈに示し以上に説明するような２つの平行センサ５、及び、２つの付加的な平行センサ６を備える、平行センサ構成を有するセンサ配列体１の概略図である。この構成は、二次元平面の第１、第２、第３及び第４四分円を区別できるようにし、２つの平行センサ５及び付加的な２つの平行センサ６は、同一平面において平行に整列される。０°≦θ≦９０°（第２四分円、１８０°≧α≧９０°）と２７０°≦θ≦３６０°（第３四分円、２７０°≧α≧１８０°）との間の明確化は、例えばそれぞれ流速センサ又は温度センサとして２つの平行センサ６を追加することによって実施される。
【００５２】
２つの平行センサ６が流速センサであり、かつ
２つのセンサ６の右センサが２つのセンサ６の左センサに対して低い値を記録する場合、これは、センサが、２７０°≦θ≦３６０°（２７０°≧α≧１８０°）の領域において作動していることを意味し、
２つのセンサ６の左センサが２つのセンサ６の右センサに等しい値を記録し、かつ流れがセンサ５によって左から右へ進むと測定される場合、これは、方向が、０°≦θ≦９０°（１８０°≧α≧９０°）の領域に在ることを意味し、
２つのセンサ６の左及び右センサの両方が、２つのセンサ５の左及び右センサによって計測された流体の流れの法線速度に対して小さい流体の流れの速度を記録する場合、これは、流れが、θ＝２７０°（α＝２７０°）の方向に進んでいることを意味し、
２つのセンサ６の左及び右センサの両方が２つのセンサ５の左及び右センサによって計測された流体の流れの法線速度に等しい流体の流れの速度を記録する場合、流れがθ＝９０°（α＝９０°）の方向に進んでいることを意味する。
【００５３】
２つの平行センサ６が温度センサであり、かつ
２つのセンサ６の右センサが２つのセンサ６の左センサに対して高い値を記録する場合、センサは、０°≦θ≦９０°（１８０°≧α≧９０°）の領域において作動しており、
２つのセンサ６の左センサが２つのセンサ６の右センサに等しい値を記録し、かつ流れがセンサ５によって左から右へ進むと測定される場合、これは、方向が、２７０°≦θ≦３６０°（２７０°≧α≧１８０°）の領域に在ることを意味し、
２つのセンサ６の左及び右センサの両方がセンサ５の流体温度に対して高い温度を記録する場合、これは、流れが、θ＝２７０°（α＝２７０°）の方向に進んでいることを意味し、
右及び左センサ６の両方がセンサ５の流体温度に対して等しい温度を記録する場合、これは、流れが、θ＝９０°（α＝９０°）の方向に進んでいることを意味する。
【００５４】
同様に、１８０°≧θ≧９０°（第１四分円、０≦α≦９０°）と２７０°≧θ≧１８０°（第４四分円、２７０°≦α≦３６０°）との間の明確化を実施できる。
【００５５】
図５Ａは、第１センサ５及び第２センサ７を有する、３つの次元で流体の流れを計測するためのセンサ配列体１の概略図であり、センサ５、７は、平行に配列されるが、第１センサ５及び第２センサ７は２本の非平行軸線例えば、図５Ａに示すような２本の直角を成す軸線に沿って配置され、それによって、流体の流れの方向に従った三次元情報を収集できる。
【００５６】
図５Ｂは、３つの次元で流体の流れを計測するためのセンサ配列体１の概略図であり、図４に関連して以上で説明した三次元の事例に関する情報をより精密に収集するために、付加的センサ６が、図５Ａのセンサ配列体１に付加される。この拡張は、三次元座標系の八分円に相当する、方向を示す情報を導く。
【００５７】
図６は、上述のように流体の流れの方向を推定するために計測値を比較する概念を実現するために、熱伝達対流支配方程式を解くためのルックアップ表の例の概略図である。温度Ｔfの移動する流体がより暖かい温度Ｔsの物体に遭遇すると、対流熱伝達として知られる２つの物体の間の熱伝達が生じる。この物理的現象の支配方程式は、以下である。
【００５８】
【数１】
2019510965.tif 000003
【００５９】
この式において、Ｔは温度、ｑは体積熱源、ｐは材料の密度、ｋは熱伝導率、ｃは比熱、ｖiは方向ｘiにおける流体の速度である。方程式は、流体が移動している流体ドメインへの温度分布を説明する。
【００６０】
対流効果は、流速計を組み立てるために使用され、抵抗センサＲsは流体温度Ｔfより高い温度Ｔsに加熱され、センサによって流体に伝達されたパワーは、流体が移動するとき、下記の方程式
Ｉ2Ｒs＝ｈＡs（Ｔs−Ｔf）
によって説明される。この式において、Ｉはセンサへ流れる電流であり、ｈは対流係数であり、Ａsはセンサの面積である。流速センサは、センサの幾何学的次元に対する流体の方向に対しても感度がある。
【００６１】
Ｓ１（左センサ）及びＳ２（右センサ）の２つの計測値は、
−ＥＳminは、低い方の値を計測するセンサ（Ｓ１又はＳ２）によって計測された値であり、
−ＥＳmaxは、高い方の値を計測するセンサ（Ｓ１又はＳ２）によって計測された値である、
と定義される場合、
下記の方程式
ＥＳmax＝ｆk（Ｕeff）
が得られる。この式において、ｆkは、計測された速度をセンサの電気出力と関係付ける関数、例えば周知のキングの法則（King’s Law）である。二次元空間において、「有効冷却速度」又はＵeffは、
Ｕ2eff＝Ｕ2（ｃｏｓθ2＋ｋ2ｓｉｎθ2）
で定義される。
【００６２】
この方程式は、計測値Ｕeffと実際の流速Ｕとの間の関係を説明し、θは、センサの横断方向と流体の速度との間の角度（速度の向き）であり、ｋは、主方向に対して直角を成す速度方向に対するセンサの感度を量化するセンサの係数（各センサに固有の幾何学的係数）である。
【００６３】
Ｓmin（低い方の値を計測するセンサ（Ｓ１又はＳ２））によって実施された計測は、概略的に
ＥＳmin＝ｆFSmax（ν、θ）−ｆshade（ν、θ、Ｔs）
として表すことができる。この式においてｆshadeは流体の速度、速度向き及び既知のセンサ温度（Ｔs）の関数である低い方の値を計測するセンサＳの感度の損失を説明する関数である。計測値ＥＳmax及びＥＳminを結合することによって、流れが左センサから右センサへ進むと想定して（システムは、流体が右センサから左センサへ進むとき対称的に作動する）、０°≦θ≦９０°（１８０°≧α≧９０°）又は２７０°≦θ≦３６０°（２７０°≧α≧１８０°）（図３Ａ〜３Ｈ）の時、２つの値ν及びθを特定できる２つの計測値の間の関係を確立できる。
【００６４】
関数ｇ
［ν、θ］＝ｇ（ＥＳmax、ＥＳmin）
は、下記の様々な方法を用いて公式化できる
−試験台実験による経験的定義。この場合、ｇはルックアップ表として公式化される
−熱伝達対流支配方程式の分析的解法
−熱伝達対流支配方程式の数値的解法、又は
−熱伝達対流支配方程式から推定される換算簡素化公式の使用
【図１】
2019510965.tif 000004
【図２Ａ】
2019510965.tif 000005
【図２Ｂ】
2019510965.tif 000006
【図２Ｃ】
2019510965.tif 000007
【図３Ａ】
2019510965.tif 000008
【図３Ｂ】
2019510965.tif 000009
【図３Ｃ】
2019510965.tif 000010
【図３Ｄ】
2019510965.tif 000011
【図３Ｅ】
2019510965.tif 000012
【図３Ｆ】
2019510965.tif 000013
【図３Ｇ】
2019510965.tif 000014
【図３Ｈ】
2019510965.tif 000015
【図４】
2019510965.tif 000016
【図５Ａ】
2019510965.tif 000017
【図５Ｂ】
2019510965.tif 000018
【図６】
2019510965.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月29日(2018.5.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１平面において平行にかつ互いに隣り合わせに配列され、かつ流体の流れ（１０）の量を計測するように適合された、少なくとも２つの変位した第１センサ（５）と、
前記流体の流れ（１０）の計測された量から、２つの次元で前記流体の流れ（１０）の少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように適合された制御ユニットと、
を備え、
前記第１センサ（５）が、ホットワイヤ、ホットプレート、定温又は定電流流速計である、
センサ配列体（１）。
【請求項２】
前記制御ユニットが、前記流体の流れ（１０）の計測された量から、２つの次元で前記流体の流れ（１０）の方向を示す情報を測定するように適合され、前記情報が、前記方向が前記第１平面の二次元座標系（２）の第１（２５）及び第４（２８）四分円又は第２（２６）及び第３（２７）四分円によって形成されるエリアに在ることを示す、請求項１に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項３】
前記第１平面において並列に配列されかつ前記流体の流れ（１０）の前記量を計測するように適合された少なくとも２つの変位した第２センサ（６）を更に備え、前記制御ユニットが、前記少なくとも前記２つの変位した第２センサ（６）によって計測された前記流体の流れの前記量を更に考慮することによって、２つの次元で前記流体の流れ（１０）の少なくとも方向の範囲を示す前記情報を測定するように適合される、請求項１又は２に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項４】
前記制御ユニットが、更に、前記少なくとも２つの変位した第２センサによって計測された前記流体の流れ（１０）の前記量を更に考慮することによって、２つの次元で前記流体の流れ（１０）の前記方向を示す情報を測定するように適合される、請求項３に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項５】
前記第１平面に対して直角を成す第２平面において平行に配列されかつ前記流体の流れ（１０）の前記量を計測するように適合された少なくとも２つの変位した第３センサ（７）を更に備え、前記制御ユニットが、更に、前記少なくとも２つの第３センサ（７）によって計測された前記量を更に考慮することによって、３つの次元で前記流体の流れ（１０）の少なくとも方向の範囲を示す情報を測定するように適合される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項６】
前記少なくとも２つの変位した第１（５）、第２（６）及び第３（７）センサが平行に配列される、請求項５に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項７】
前記量が前記流体の流れの速度を含む、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項８】
前記流体の流れの前記速度が、熱伝達対流支配方程式のルックアップ表、分析的解法又は数値的解法によって測定される、請求項７に記載のセンサ配列体（１）。
【請求項９】
前記センサ配列体（１）が、流体の流れ例えば血流を計測するためにカテーテルに配列される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ配列体（１）を備えるカテーテル。
【請求項１０】
前記センサ配列体（１）が、前記カテーテルの長手方向に配列される、請求項９に記載のカテーテル。
【国際調査報告】
2019510965.tif 000020
2019510965.tif 000021